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省市级国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统软件开发建研科技股份有限公司赵志安王良平杨国民徐满俊摘要本文结合北京市能耗监测系统的软件开发，详细介绍省市级国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统的特点，软件开发的设计思想，软件的基本功能，数据采集器和系统平台软件之间数据交换的规则和方法,通过统一的数据包格式定义，较好地解决了数据接收软件和数据采集器之间的数据交换。通过开放的统一发送数据包格式使得任何数据采集器生产厂商都能加入到能耗监测系统中。关键词办公建筑大型公共建筑能耗监测数据交换软件1引言在部分省市对国家机关办公建筑和大型公共建筑进行能耗监测试点，然后逐步建立起全国国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测网络，通过能耗监测手段，积累数据，提高运行管理水平，达到降低能耗的目的。目前数据采集、计算机网络和通讯技术都比较成熟，开发能耗监测系统软件是实现能耗监测的关键。我们根据住宅和城乡建设部发布的有关国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统的四个导则和软件开发指导说明书开发了省市级耗能监测系统软件。能耗监测系统集通讯、控制、建筑节能、计算机技术于一体，跨越多个专业，是现代信息技术在传统领域的应用，从数据采集仪表安装位置设置到能耗监测软件功能需求，都需要在使用过程中总结经验，不断完善。能耗监测系统的建立为积累实时能耗数据创造了条件，为今后建筑节能研究奠定了基础。北京市能耗监测系统已经通过验收，本文结合我们开发的北京市能耗监测系统介绍系统平台软件的开发思想及其实现的方法。2能耗监测系统的特点能耗监测工作在我国刚刚开始，全国能耗监测网络还没有建立，处于试点阶段。其主要目的是获取已经建成的各种建筑物实际的能源消耗量，为建筑节能的研究工作收集基础数据。其特点主要反映在如下方面：需要采集的能耗种类多。能耗监测系统需要采集建筑物的各种能源消耗量，包括用电量、燃煤消耗量、燃气消耗量、燃油消耗量、蒸汽用量、集中供冷量、集中供热量等。能耗监测系统应独立于现有建筑物的BMS系统，因此必须在原有配电等系统中，安装新的计量仪表和数据采集装置。能耗监测系统与已有的BMS系统采集的数据不同，更主要原因是考虑BMS系统的信息安全问题，能耗监测系统必须通过INTERNET与省市数据中心联系，必须避免由于监测系统的接入，原有BMS系统遭到外界的攻击，BMS系统的开放程度是另一因素，虽然一些BMS系统设有开放的数据接口，但要做到从已有的BMS采集数据，其编写程序和调试程序的工作量相当可观，且会由于不同厂家的BMS系统，接口设计完全不同。能耗监测系统对时间的依赖性强。由于要监测不同时间的能源消耗量，当由于平台软件故障数据丢失后，无法重新获取原来的数据，所以，系统必须具有极高的可靠性，当系统平台成功接到原始数据后，必须在后续的数据处理过程中，准确写入数据库，同时当平台不能正常工作时，现场数据采集器必须储存一定量的数据，在系统恢复正常时，继续向系统补传数据。数据传输量大。由于每１５分钟传送一次数据，在传送时间会有大量的数据传送请求向省市级平台传送数据，系统设计必须避免传输阻塞和传送速度大幅下降。数据采集点大部分集中在地下室机房。必须考虑采集器与INTERNET网的连接方法。一般地下室机房与建筑物内的局域网较远，即使能够连接到局域网，能耗监测系统会受到局域网管理和故障的影响，造成能耗监测系统不能正常运行。所以广泛采用GPRS技术，采集器采用无线连接与监测平台软件通讯。数据上传方法对数据采集器的兼容性要好。数据采集器是现场数据采集的核心，与省市级平台的数据交换方式尽量采用方便的格式，做到开放度高，宜于第三方使用，便于不同采集器厂商加入到能耗监测系统中。数据采集仪表安装位置必须合理，拆分算法定义尽量灵活多样。在分项能耗数据中，有些项是间接计量的，不合理的数据采集仪表安装位置对整个建筑物分项数据的准确性有较大影响。目前采集的能耗数据主要用电量，按照导则分类，用电包括照明插座用电、空调用电、动力用电和特殊用电。一般情况下，总用电量都安装监测仪表，照明插座用电量通过总量和其他三项相减得到，其他三项计量准确才能保证计算量准确，这三项数据仪表的设置必须合理。在最常用的风机盘管系统中，末端装置风机盘管的电源往往在插座回路中，它也是空调用电的一部分，因此，在照明插座用电量中，风机盘管用电比例或用电量的确定，也影响分项数据的准确性，系统软件应提供灵活的拆分方法。3能耗监测系统数据交换的设计在能耗监测系统中，数据测量仪表得到数字信号，通过数据采集器定时采集数据并发送到数据中心，应用软件处理数据，上传数据，整个过程都是数据交换和数据处理的过程。如何结合能耗监测系统的特点，将现有的成熟技术合理地用到能耗监测系统中，是数据交换设计的关键。数据交换主要包括数据发送、数据传输和数据解析，数据解析依赖数据发送时的数据定义。3．1数据采集过程在能耗监测系统中数据要记录到省市级信息中心的数据库中需要包括以下几个环节，传感器测量数据，采集器获取传感器数据，采集器向省市级信息中心发送数据，省市级信息中心系统软件接收并存储数据。因此数据交换分为两大部分，其一为数据传感器和采集器的数据交换，其二为采集器和省市级数据中心系统平台软件的数据交换。采集器通过RS-485协议定时和传感器通讯并采集数据，采集器向信息中心上传数据。数据传感器和采集器为现场有线连接，具有标准的协议，不用单独设计，而采集器和信息中心数据交换必须经过INTERNET，在连接方式和数据表示法及其格式方面没有统一标准，必须结合系统特点制定自己的数据表示法和数据传输格式。3．２能耗监测数据的表示方法数据传输采用数据流方式发送和接收，当采集器与信息中心建立连接后，开始发送数据流，在数据流中包括了采集器获取的各个传感器的数据，因此数据流中必须能够区分数据是哪个传感器的数据，数据代表的物理意义（如空调用电、动力用电等）。能耗监测数据按照《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统软件开发指导说明书》定义数据代码，明确真实数据和计算机表示数据的关系。定义将随着能耗监测系统的不断完善，进行补充和修改。在本软件中严格执行开发指导说明书中的代码定义，使得后面信息中心的数据解析变得很容易，为解析数据提供了开放的定义，也为数据采集器提供了开放的标准。3．３采用标准的传输数据格式数据格式应独立于软件和硬件，避免对软件和硬件的依赖，同时也减小了对软件和硬件的限制，便于不同应用程序之间共享数据。本软件采用XML格式传送数据，主要考虑XML数据以纯文本格式进行存储，纯文本数据在不同操作系统之间都是一样的，不依赖于操作系统，同时XML有其独立的语法定义，已成为一种标准，不用单独制定格式定义规则，且通用性强，已开发出一些公开发表的成熟解析工具，减少了编写程序的工作，程序稳定性也大大提高。从数据采集器到数据中转站或信息中心，再上传到住建部信息中心，各级均采用XML格式进行数据交换。3．４在数据接收和数据记录之间采用中间件技术系统软件接收采集器发送的数据时间短，而接收到的数据需要记录原始数据，并在进行拆分运算后再记录到各自的数据库中，需要时间远大于接收时间，因此接收的瓶颈发生在接收数据后的处理，当有大量的被监测建筑物时，可能造成数据堵塞或丢失数据，因此必须解决传输数据的速度问题。为此将数据接收存储程序分成两部分，第一部分直接与数据采集器直接进行数据交换，及时获取数据，该部分程序功能简单，只起中间传递作用，维护量很小，第二部分保存数据到数据库并进行数据拆分，中间采用具有邮局功能的中间件技术（第三方软件），将两部分隔离，第一部分软件将得到的数据直接发给中间件，中间件可保证将收到的数据准确送达第二部分，这样较好地解决了数据接收速度和准确到达目的地的问题。第二部分程序将获得的数据按照能耗监测系统软件开发指导说明书中的要求进行存储拆分，建立各种数据库，供数据分析展示模块使用。3．５根据软件模块功能确定编程语言数据接收部分是数据交换的核心，在选择语言时，需要考虑数据传输格式和界面设计，该部分没有复杂界面，传输数据格式在上述３.２和３.３中已经明确，采用XML格式进行数据传输，所以采用JAVA语言作为数据交换部分的编程语言，它具有较强的处理XML格式数据的功能，同时有很强的跨平台可移植性，数据无需转换，所以便于操作系统升级；数据分析展示部分对界面要求高，属于客户服务器模式，采用.Net编程。3.６采用标准的协议与数据采集器进行数据通讯目前,不同厂家的BAS系统之间很难进行数据交换，各自组成一个封闭的系统。原因是没有开放的统一的数据传输标准。能耗监测系统是一个新的应用系统，而采集器必须与省市级平台软件进行数据交换。因此上游软件开发商应考虑系统的开放性和兼容性，便于采集器生产商自行开发满足系统软件要求的数据发送程序，便于集成商集成系统。通过３.２和3.３建立的开放能耗监测系统数据通讯协议，数据采集器厂商可以方便地开发与系统软件通讯的数据发送程序。３.７双通道设计监测系统和采集器一直处于连续运行状态，当一些采集器参数需要更新或程序升级时，采用两个连接的逻辑通道，可以在不影响正常使用情况下，保证信息中心与采集器的指令信息交换。４能耗监测系统软件的功能作为省级数据中心，除接收采集器数据和上报住建部要求的数据外，还应具有本地处理数据的能力，为业主、不同层次的管理者提供服务。系统软件具有如下功能：４．１系统管理管理使用权限，不同权限的登录者具有不同的使用功能。４．２仪表采集器配置信息录入根据建筑物仪表和采集器安装情况及采集数据种类，描述仪表、采集器逻辑关系及其数据代号，定义拆分公式。是数据解析依赖的数据库。４．３建筑物信息录入录入建筑物的描述信息，分为基本信息和扩展信息，如建筑面积、建筑物类型、空调系统形式、空调冷热源种类、主要围护结构形式等参数，是数据分析展示依赖的数据库。４．４数据接收、保存原始数据和数据拆分接收采集器发送的数据，将采集器传来的各种原始数据做永久性保存，同时对数据进行拆分，分类分项保存到对应的数据库，是数据分析展示依赖的数据库。４．５数据分析展示该功能为数据分析提供工具，可以显示建筑物的分类分项数据，同时可以与其他建筑物的数据按照各种分析条件进行比较，查看某时间段内的分类或分项数据，便于互相比较。同时形成各种文字或图形报表。４．6上传数据定时按住房和城乡建设部的要求上传数据。４．７工程信息管理对被监测建筑能耗监测系统的施工方、设备仪表供应商、相关管理人员、系统竣工图纸等信息资料进行管理归档，当系统出现故障时，系统软件可以自动通知设定的相关人员。５结论能耗监测系统软件是通讯技术、计算机技术在建筑节能领域的应用。在系统软件开发过程中，结合能耗监测系统的特点，通过定义能耗监测数据表示方法，为采集器和平台软件数据交换制定了开放标准，便于使用不同生产商的采集器，对于采集器来说，是一个开放的系统；采用XML格式传递数据，解决了数据共享，传输简化，不依赖平台，具有统一语法规则的问题；结合能耗监测的特点，通过采用中间件技术，解决了传输速度和数据准确到达信息中心的难题；软件提供了多种数据统计分析方法，可以满足不同使用者的需要，为数据挖掘提供了工具，扩大了数据使用范围。